DE1632415C - Vorrichtung zum elektrischen Reinigen von Gasstromen mit hoher relativer Dichte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Reinigen von Gasströmen mit hoher relativer Dichte in einem Druckgehäuse, das in zwei über einen verengten Durchlaß miteinander verbundene Kammern unterteilt ist, wobei in der vom Gasstrom direkt durchströmten Hauptkammer ein Entlade- und Sammelelektroden aufweisender elektrostatischer Abscheider angeordnet und in der Nebenkammer ein mit seinem Niederspannungsteil an eine außenliegende Stromquelle und mit seinem Hochspannungsteil über einen Gleichrichter durch den Druckgehäusedurchlaß mit dem Abscheider verbundener Transformator untergebracht ist.

In den vergangenen Jahren erlangte das Reinigen von Gasströmen von partikelförmigen Verunreinigungen für zahlreiche chemische und physikalische Verfahren eine immer größer werdende Bedeutung. Körnige Verunreinigungen von Gasen verschmutzen Wärmetauscher und bei chemischen Verfahren verwendete Katalysatorbetten fressen Turbomaschinen an, vergrößern die Explosionsgefahr bei Vorrichtungen zum Durchführen bestimmter Verfahren und verringern den Wirkungsgrad und erhöhen die Unterhaltungskosten von Gasfördersystemen. Bei der »Superreinigung«, die beispielsweise für die Raumfahrt oder andere technische Anwendungszwecke erforderlich ist, müssen auch feinste Partikeln aus Gasen entfernt werden, was bisher nur unvollkommen erreicht werden konnte.

Allgemein kann man jedoch sagen, daß es sich besonders günstig erwiesen hat, Gasströme und insbesondere Gasströme mit hoher relativer Dichte elektrisch zu reinigen. ·

Bei einer hierfür bekannten Vorrichtung (USA.-Patentschrift 2 705 744) sind die Wicklungen des in der Nebenkammer untergebrachten Transformators mit Hilfe eines Ölbades isoliert. Hierzu ist es jedoch erforderlich, den Transformator und auch den verwendeten Gleichrichter in einem Ölbehälter unterzubringen, wobei wegen der hohen Gasdrücke eine erhebliche Druckdifferenz zwischen der Abscheidekammer und der den Hochspannungstransformator enthaltenden Kammer auftritt. Dieser Nachteil wird bei der bekannten Vorrichtung dadurch Rechnung getragen, daß man den Transformator in der Nebenkammer in einem besonderen Behälter unterbringt und außerdem in der Verbindung zwischen der Nebenkammer und der Hauptkammer eine Dichtung anordnet. Eine derartige Anordnung ist nicht nur aufwendig und kostspielig, sondern auch im Unterhalt teuer, denn für eine sichere Funktion dieser Vorrichtung ist ein erheblicher Isolations- und Dichtungsaufwand erforderlich. Es ist weiterhin bekannt (deutsche Patentschrift 565 063), für die elektrische Reinigung von unter erhöhtem Druck stehenden Gasen eine Vorrichtung zu verwenden, die in einer Reinigungskammer eine Sprühelektrode und außerdem den die elektrische Energie liefernden Transformator enthält. Bei einer derartigen Vorrichtung ist aber nicht zu vermeiden, daß verhältnismäßig viele vom Gas mitgeführte Verunreinigungen in den Bereich des Transformators gelangen und sich auf demselben absetzen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Herstellungs- und Wartungsaufwand bei einer mit hohem Wirkungsgrad arbeitenden Vorrichtung zum elektrischen Reinigen von unter hohem Druck stehenden Gasen insbesondere durch Verringerung der Isolations- und Dichtungsprobleme zu vermindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß der verengte Durchlaß zwischen den beiden Kammern offen und der Transformator derart in der Nebenkammer angeordnet ist, daß sich dessen Wicklungen im Bereich des die Hauptkammer durchströmenden Druckgases befindet, welches als Isolationsmittel für die Transformatorwicklungen dient.

Das Druckgas kommt also wenigstens teilweise in Kontakt mit den Wicklungen des Transformators, jedoch in einer Weise, daß sich hier nur wenig oder überhaupt keine Verunreinigungen ablagern können, denn der Transformator befindet sich in einer Nebenkammer, während der elektrostatische Abscheider in der in die Druckgasleitung eingebauten Hauptkammer angeordnet ist. Da das Druckgas jedoch die Transformatorwicklungen baufschlagen kann und sogar beaufschlagen soll, ist es nicht erforderlich, zwischen der Hauptkammer und der Nebenkammer eine Dichtung vorzusehen und den Transformator in einem gekapselten zusätzlichen Gehäuse unterzubringen. Hierdurch ergeben sich bedeutende Konstruktionsvereinfachungen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Transformatorwicklung schnell verunreinigt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in Strömungsrichtung des Gasstromes vor den Elektroden des elektrostatischen Abscheiders und vor dem die beiden Kammern der Vorrichtung verbindenden Durchlaß Einrichtungen zum Verrin-

gern des Strömungsquerschnittes der Hauptkammer angeordnet. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des elektrostatischen Abscheiders verbessert werden, denn der statische Druck des zu behandelnden Gases wird im elektrostatischen Abscheider verringert, wodurch die Spannung sinkt, bei der die Korona- oder Sprühentladung beginnt, welche für eine wirksame elektrische Reinigung von Gasströmen notwendig ist. Die besondere Anordnung der Einrichtungen zum Verringern des Strömungsquerschnittes der Hauptkammer und damit zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Abscheider hat den Vorteil, daß im Bereich der Verbindung zwischen den beiden Kammern der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine starken Turbulenzerscheinungen des zu behandelnden Druckgases auftreten, die sich bis in die Nebenkammer fortsetzen könnnten und den Nachteil hätten, daß verhältnismäßig viel Verunreinigungen in die Nebenkammer gelangen und sich dort auf den Transformatorwicklungen absetzen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung ,zum elektrischen Reinigen von Gasströmen schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der in einer Druckgasleitung untergebrachten Vorrichtung,

F i g. 2 eine ähnliche Ansicht wie in F i g. 1 einer gegenüber F i g. 1 etwas abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden elektrostatischen Abscheiders mit einer Einrichtung zum Verringern des Strömungsquerschnittes der vom Druckgas direkt durchströmten Hauptkammer der Abscheidevorrichtung,

F i g. 4 einen Längsschnitt ähnlich wie in F i g. 3 einer abgewandelten Ausführungsform des elektrostatischen Abscheiders und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch noch eine andere abgewandelte Ausführungsform des in Verbindung mit der erfindungsgemäßen elektrischen Abscheidevorrichtung verwendeten elektrostatischen Abscheiders.

Aus F i g. 1 ist der allgemeine Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrischen Reinigen von Gasströmen mit hoher relativer Dichte zu ersehen. Diese Vorrichtung besitzt ein Druckgehäuse 10, das in eine Gasleitung eingebaut ist, von der Rohre 12 und 14 zu erkennen sind. Die Menge des durch das Rohr 12 zuströmenden Gases wird durch eine verstellbare Druckmindereinrichtung 16 gesteuert, die am Einlaßende des Druckgehäuses 10 angeordnet ist.

Innerhalb des Druckgehäuses 10 befindet sich ein elektrostatischer Abscheider 18, der eine Vielzahl von Koronaentladungen ermöglichenden Drahtelektroden 20 besitzt, die zwischen einer entsprechenden Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Sammelplatten 22 oder rohrförmigen Sammelelektroden angeordnet sind. Eine Hochspannungsquelle mit einem Transformator 24, einem Gleichrichter 26 und anderen nicht dargestellten elektrischen Bauelementen ist in einer als Druckbehälter ausgebildeten Nebenkammer 28 angeordnet, die unmittelbar neben dem Druckgehäuse 10 liegt, und mit demselben über einen Strömungsmitteldurchlaß verbunden ist.

Der Transformator 24 wird durch Niederspannungsanschlüsse 30 und 32 gespeist, welche durch druckdichte Manschetten 34 in den als Nebenkammer 28 ausgebildeten Druckbehälter geführt sind, wobei die Eingangsspannung und dementsprechend der Wert der Hochspannung durch einen Spannungsregler 36 gesteuert werden. Sowohl die Druckmindereinrichtung 16 als auch der Spannungsregler 36 sind von einem Steuergerät 38 zu betätigen, welches

— falls erwünscht — gleichzeitig die Spannung und ίο den Druck im Druckgehäuse 10 regeln kann. Eine elektrische Energie mit hoher Stromstärke und niedriger Spannung abgebende Energiequelle 24 α ist

— falls erwünscht — vorgesehen, um die Entladungsdrähte zu heizen. Diese Energiequelle 24 α ist eben- falls im Druckbehälter 28 untergebracht und an die Drahtelektroden 20 des Abscheiders über Drähte 20 α und 20 b angeschlossen. Der den Heizstrom abgebenden Energiequelle 24 a wird über Leitungen 34 b elektrische Energie zugeführt, welche durch druckdichte Stopfbüchsen 34 a in den Druckbehälter führen. Die den Drahtelektroden zugeführte Heizenergie wird durch einen Regler 34 c gesteuert.

Außerdem ist eine Heizung 16 α vorgesehen, um die Temperatur des Gasvolumens — falls erforderlieh — zu erhöhen. Durch druckdichte Stopfbüchsen 16 δ führen Leitungen 16 c in das Drucksystem, welche unter einer verhältnismäßig geringen, zum Erhitzen des Gases dienenden Spannung stehen. Die zum Auflösen des Gases dienende Energie wird von einem Regler 16 d gesteuert, der außerhalb des Drucksystems angeordnet ist.

Ein Verringern des statischen Gasdruckes im Abscheider zum Senken der Koronabildungsspannung und Erhöhen des Koronastromes bei einer bestimmten Spannung, kann durch die in F i g. 2 dargestellten Abänderungen des Abscheiders erreicht werden. Gemäß F i g. 2 liegen die Drahtelektroden 20' des Abscheiders in einem rohrförmigen Druckgehäuse, das einen geringeren Querschnitt als die Gaszufuhrleitung 12' und die Gasabfuhrleitung 14' aufweist. Beim Eintritt des Gases in das den Abscheider 18' enthaltende Druckgehäuse 10' erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und verringert sich dementsprechend der statische Gasdruck. Dabei verringert sich die relative Dichte des Gases beim Durchstrom durch den Bereich der Koronaentladung. Somit wird die Koronabildungsspannung gesenkt und liegt in einer leichter erzielbaren Größenordnung.
F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt eines rohrförmigen Abscheiders. Dieser Abscheider besitzt ein Druckgehäuse 110, welches eine Vielzahl von einer Koronaentladung hervorrufenden Drahtelektroden 120 umschließt, die zwischen im Abstand voneinander angeordneten Sammelplatten 122 verlaufen. Die Sammelplatten sind an ihren Vorderkanten mit vergrößerten zylinderförmigen Elementen 123 versehen, welche im Abstand voneinander liegen und so ausgebildet sind, daß zwischen ihnen nur Durchlaßöffnungen mit reduziertem Querschnitt frei bleiben, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des entsprechend den dargestellten Pfeilen zwischen ihnen hindurchtretenden Gases erhöht wird. Gemäß des bekannten Lehrsatzes von Bernoulli ruft die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eine Verringerung des statischen Gasdruckes an der Stelle der erhöhten Geschwindigkeit hervor. Eine Koronaentladung kann deshalb an den Verengungsstellen bei einer Spannung erzielt werden, die bedeutend niedriger liegt als für Korona-

entladungen entweder vor oder hinter den Verengungen notwendig ist. Tatsächlich führt die auf diese Weise erzielte Verringerung der relativen Gasdichte zu einer Koronaentladung, die bei der vor und hinter den Verengungen herrschenden relativen Gasdichte nicht möglich wäre.

Die Form der Elemente 123 kann auch von der in F i g. 3 dargestellten Zylinderform abweichen, ohne daß sich die beschriebene erfindungsgemäße Wirkung verändert.

In F i g. 4 ist ein anderer rohrförmiger Abscheider im Längsschnitt dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Druckgehäuse 210 wird die gewünschte Verringerung des für den Gasdurchstrom zur Verfügung stehenden Querschnittes dadurch erreicht, daß man als Sammelelemente dienende Röhrchen 222 im Bereich von der Entladung dienenden Drahtelektroden 220 mit gewölbten Verdickungen 223 versieht.

Wenn flüssige Verunreinigungen abgeschieden werden sollen, werden die rohrförmigen Abscheider aus F i g. 3 und 4 vorzugsweise so angeordnet, daß deren Längsachsen senkrecht verlaufen, so daß die abgeschiedenen Tröpfchen wirkungsvoller von der Innenwand der rohrförmigen Gehäuse entfernt werden können, ohne das ein Funkenüberschlag hervorgerufen wird oder die bereits gesammelte Flüssigkeit wieder vom Gas mitgenommen wird.

In F i g. 5 ist das oben beschriebene Prinzip der Druckverringerung auf einen zweistufigen elektrostatischen Abscheider angewandt dargestellt. Diese Ausführungsform besitzt ein Druckgehäuse 310, welches einen die erste Stufe bildenden Aufladeabschnitt mit einer zur Entladung dienenden Drahtelektrode 320 aufweist, die in eine Venturi-Düse ragt, welche aus nach innen vorstehenden Wänden 323 gebildet ist. Der die zweite Stufe des Abscheiders bildende Sammelabschnitt enthält eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Sammelplatten 322, welche die Sammelflächen des Abscheiders bilden. Bei dem dargestellten zweistufigen Abscheider erfolgt die Koronaentladung an der Drahtelektrode 320 in der Venturi-Düse an einer Stelle maximaler Gasgeschwindigkeit und minimalen Gasdruckes. Die Partikeln oder sonstigen Verunreinigungen werden beim Durchtritt durch die Venturi-Düse elektrisch geladen und beim Durchtritt durch den Sammelabschnitt von den Sammelplatten 322 angezogen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sammelplatten 322 geerdet, während zwischen denselben abwechselnd angeordnete Sammelplatten 322' an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind.

Wie bereits oben gesagt, werden durch die Erfindung zahlreiche Möglichkeiten geschaffen, um das Prinzip der elektrostatischen Abscheidung auf Gase mit hoher relativer Dichte anzuwenden, wobei man den die Hochspannung liefernden Transformator in einer an das den Abscheider aufnehmende Druckgehäuse angeschlossenen Nebenkammer unterbringt, in welcher derselbe Gasdruck wie im Druckgehäuse herrscht, so daß die Isolations- und Dichtungsprobleme vermindert sind. Zusätzlich kann man am Eingangsende des Abscheiders und im Abstand vor dem zur Nebenkammer führenden Durchlaß eine Einrichtung vorsehen, in deren Bereich die Gasdichte des durchströmenden Gases erhöht wird, um die Koronaentladung zu erleichtern, ohne das Turbulenzerscheinungen in der Nebenkammer auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrischen Reinigen von Gasströmen mit hoher relativer Dichte in einem Druckgehäuse, das in zwei über einen verengten Durchlaß miteinander verbundene Kammern unterteilt ist, wobei in der vom Gasstrom direkt durchströmten Hauptkammer ein Entlade- und Sammelelektroden aufweisender elektrostatischer Abscheider angeordnet und in der Nebenkammer ein mit seinem Niederspannungsteil an eine außenliegende Stromquelle und mit seinem Hochspannungsteil über einen Gleichrichter durch den Druckgehäusedurchlaß mit dem Abscheider verbundener Transformator untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der verengte Durchlaß zwischen der Hauptkammer und der Nebenkammer (28) offen und der Transformator (24) derart in der Nebenkammer angeordnet ist, daß sich dessen Wicklungen im Bereich des die Hauptkammer durchströmenden Druckgases befindet, welches als Isolationsmittel für die Transformatorwicklungen dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Gasstromes vor den Elektroden (20, 120, 220, 320) und vor dem zur Nebenkammer (28) führenden Durchlaß Einrichtungen zum Verringern des Strömungsquerschnittes der Hauptkammer angeordnet sind.